半导体离子注入设备项目可行性研究报告

1、全球半导体离子注入设备市场规模主要被美国的AMAT和Axcelis占据

从应用场景看，低能大束流离子注入机大规模应用于逻辑芯片、DRAM、3D NAND和CIS芯片制造中。高能离子注入机较多应用在功率器件、IGBT、5G射频、CIS、逻辑芯片等器件制备过程中。根据前瞻产业研究院，实际应用中，低能大束离子注入机占60%以上，中束和高能离子注入机不到40%。
全球半导体离子注入设备市场规模主要被美国的AMAT和Axcelis占据，其二者占据90%的全球市场份额。
中国大陆生产离子注入机：
公司：起家于太阳能离子注入机，2018年被万业企业收购，2020年首台低能大束流离子注入机送往国内的芯片厂进行验证，2021年验证通过，2022年交付批量订单。截至目前，公司自主研发的的低能大束流离子注入机、低能大束流重金属离子注入机、低能大束流超低温离子注入机和高能离子注入机均相继通过主流12英寸集成电路芯片制造厂的验证验收。

2、掺杂改变半导体材料的物理性质，分为扩散（Diffusion）和离子注入（Implant）两种形式

掺杂工艺在半导体工艺中十分重要，因为它可以改变半导体的电导率、载流子类型和浓度、能带结构等电学性质，从而实现不同的功能和性能，比如向硅材料中掺杂五价元素磷或者砷就可以得到n型半导体，掺杂三价元素硼就可以得到P型半导体。半导体的导电性能可控就是通过掺杂来实现的。

集成电路工艺中实现掺杂的主要方法有两种：热扩散和离子注入，其中热扩散是在高温下（约10000C）将半导体暴露在一定的掺杂元素的气态下，利用化学反应和热运动使杂质扩散到半导体表层的过程。扩散源分为为固态源、液态源和气态源三种，扩散源通过高温热处理作用扩散到圆片衬底中。扩散炉可以分为卧式扩散炉和立式扩散炉。

离子注入是将杂质原子电离成离子，用高能量的电场加速，然后直接轰击半导体表面，使得杂质“挤”进晶体内部的过程。它是利用高能粒子对圆片内部的穿透作用来对圆片进行掺杂的。离子注入工艺通过离子注入机完成，根据注入粒子能量和剂量的不同，离子注入机可以大概分为低能大束流离子注入机、中束流离子注入机和高能离子注入机，离子注入机的能量决定了粒子的射程（即深度），剂量决定了最终的浓度。

扩散工艺设备简单、扩散速率快、掺杂浓度高，但扩散温度高、扩散浓度分布控制困难（表层杂质浓度最高），难以实现选择性扩散。离子注入工艺属于低温工艺，可选择的杂质种类多，掺杂剂量控制准确，可向浅表层引入杂质，但是设备昂贵，大剂量掺杂耗时较长，存在隧道效应和注入损伤。

随着尺寸微缩，除某些特殊用途以外，扩散工艺已经逐渐被离子注入取代。但是在10nm以下的技术代中，由于FinFET器件中Fin尺寸非常小，离子注入会损伤微小结构，而采用固态源扩散工艺则有可能解决这个问题。